JPH03179161A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の燃料噴射装置、更に詳細には、半
導体スイッチを制御することによりスイッチング制御さ
れる少なくとも一つの誘導性の噴射弁を備えた内燃機関
の燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］ 誘導性の負荷、特に噴射弁をスイッチング制御する出力
段が知られている。これは、誘導性の負荷を励磁する電
流を定格電流に達した後スイッチングして制御し励磁状
態を保持する効果を目的としている。このいわゆる保持
電流状態では、電流が所定の電流に減少すると制御スイ
ッチが何回もオンにされる。この利点は、単独の電圧源
で駆動でき、半導体スイッチとして構成された制御スイ
ッチを純粋にスイッチング領域で駆動できることである
。しかし、噴射弁の場合、スイッチング制御される出力
段に関連して次のような問題がある。すなわち、噴射弁
を遮断した場合、電流を急速に減少しなければならず、
一方保持電流駆動時の保持電流は緩慢に減少させなけれ
ばならない。

これを実現するために、電磁弁への給電をスイッチング
させる第１の半導体スイッチを設けると共に、第２の半
導体スイッチにより第１の半導体スイッチを時間的に遮
断した場合保持電流駆動において電流をダイオードを介
して流すようにしている。電磁弁の電流を完全に遮断す
るときには、両手導体スイッチを遮断し、ツェナーダイ
オードを介して電流を急速に減少させている。

［発明が解決しようとする課題］ ガソリン噴射では、特に冷間始動を良好にするために吸
気管の燃料の状態が重要になる。ノズルあるいは間隙か
ら燃料を噴出させる場合は高圧で間隙が狭い場合全ての
要件に必ずしも対応するものではない。この理由により
流出する燃料を超音波振動により時間的に噴霧させるこ
とが提案されている。例えば、ＥＰ−Ａ−００３６１８
８及び「機械市場（Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｍａｒｋｔ）　
Ｊ　　（１９８５）７２．１４２０頁以下には、燃料を
噴霧させるのに電磁噴射弁ないし誘導性の噴射弁の排出
開口部に配置されるピエゾ超音波振動子、いわゆるピエ
ゾ振動子を用いることが記載されている。この振動によ
り弁の排出口に流出する燃料は細かい霧状に噴霧される
。ピエゾ振動子を駆動するのに外部の高周波発振器が用
いられるが、これは装置を複雑で高価なものにしてしま
う。

従って、本発明の課題は、簡単な手段で噴射弁から噴出
される燃料を噴霧できる内燃機関の燃料噴射装置を提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、この課題を解決するために、半導体ス
イッチを制御することによりスイッチング制御される少
なくとも一つの誘導性の噴射弁を備えた内燃機関の燃料
噴射装置において、噴射弁に燃料を噴霧する誘導性ある
いは容量性の振動素子を設け、スイッチング制御時それ
ぞれ半導体スイッチが開放した場合電気エネルギを誘導
性の噴射弁から振動素子に供給し発振を励起させる構成
を採用した。

［作用］ スイッチグ制御される出力段と誘導性あるいは容量性の
振動子を組み合わせることにより簡単な手段で噴射弁か
ら噴出される燃料を噴霧できる。

というのは、出力段を噴射弁と共に振動子を振動させる
発振器として利用することができるので、更に他の発振
器を必要とすることがないからである。更に、保持電流
駆動において噴射弁に蓄えられたエネルギが振動子に周
期的に供給され振動子を励起するので、スイッチング制
御される出力段に更に半導体スイッチあるいはトランジ
スタを必要とすることがない。また、急速な消去は噴射
弁に蓄えられたエネルギを急速に振動子に移動させるこ
とにより行なわれる。このように保持電流駆動もまた急
速な消去も損失なく行なうことができる。また、エネル
ギは振動により再び噴射弁に戻すことができる。

好ましくは、噴射弁から振動子へのエネルギの供給は半
導体素子を巻合して行われる。この半導体素子は、最も
簡単な場合、ダイオードとして構成される。振動エネル
ギを大きくするために半導体素子として半導体スイッチ
と逆に駆動される制御可能な半導体素子が用いられる。

振動発振器と用いられる出力段の簡単は回路は、次のよ
うな構成となる。すなわち、半導体スイッチとそれに直
列に接続された噴射弁が直流電源の両極間に接続され、
半導体素子が半導体スイッチと噴射弁間で振動素子に接
続されるようにする。このように僅かな数の安価な素子
によりスイッチング制御される出力段を超音波噴霧に結
び付けることができる。

回路的に簡単な構成は、ピエゾ振動子として構成された
容量性の振動素子と誘導性素子で直列回路を形成し、こ
の直列回路を直流電源の両極間に接続することにより得
られる。あるいはピエゾ振容量性素子と直列に接続され
る磁気ひずみ振動子が設けられる。

好ましくは、ピエゾ振動子として構成された容量性の振
動素子が半導体素子と噴射弁の接続された直流電源の極
との間に接続され、誘導性素子と直列に接続されバイア
ス電圧が印加されるバイアス回路がこの振動子と並列に
設けられる。これによりさらに半導体スイッチをもう一
つ設けることなく噴射弁を制御する半導体スイッチと逆
にダイオードを遮断することにより振動エネルギを高め
ることができる。従って、定常状態、すなわち保持電流
駆動時において最大の交流振幅が得られ振動を励起でき
る。

あるいは、これに代え、誘導性素子の代りに磁気ひずみ
振動子を、またピエゾ振動子の代りに容量性素子ないし
コンデンサを用いることができる。

好ましくは、バイアス回路はツェナーダイオードとコン
デンサの並列回路として構成される。簡単な実施例では
ツェナーダイオードの代りに単に抵抗としてもよい。

この装置の共振特性は優れているので、半導体スイッチ
の駆動を正帰還を介して共振回路に同期させることがで
きる。

ピエゾ振動子の振動を噴射開始時に得るようにするため
に、誘導性の噴射弁をオンさせる前に電流を所定の値に
することもできる。この所定の電流は半導体スイッチを
スイッチングすることによって得られる電流でほぼ保持
電流と同じ大きさの値（というかのは噴射弁のヒステリ
シスは大きいので）あるいはそれより小さい値とするこ
とができる。

本発明装置の実施例の利点は、各素子を噴射弁に収納す
ることができることである。その場合、他の電子部品に
至るリード線は必要とすることはない。振動子を含めて
全ての素子を電子回路として収納すると、他には一つの
リード線が必要になるだけである。

高いコストのために利点はありながらスイッチング制御
される出力段は、個別に用いら・れるだけであったが、
本発明実施例により素子の数並びにコストを顕著に減少
させることができ、経済的に問題なく実現することがで
きるものである。

［実施例］ 以下図面に餐勢券示す実施例に従い本発明の詳細な説明
する。

第１図に図示した実施例では、電磁噴射弁、即ち誘導性
の噴射弁１０が、例えばトランジスタとして構成された
制御可能な半導体スイッチ１１と直列に直流電源Ｕの正
の極１２とアース間に接続されている。制御回路１３は
その制御入力端子に入る電流に従って半導体スイッチＩ
Ｉを制御し、所定の下方の電流限界値より下回った場合
は半導体スイッチ１１を閉じ、それより高い上方の電流
限界値を越えた場合は半導体スイッチ１１を開放する。

各電流限界値は、上方の電流限界値に達する前に噴射弁
が確実に開放し又下方の電流限界値に電流が減少した場
合もまだ噴射弁が開放しているような値に選ばれる。

更に、例えばコイルとして構成された誘導性素子１４と
ピエゾ振動子１５から威る直列回路が直流電源の正の極
１２とアース間に接続されている。この場合ピエゾ振動
子１５はアースに接続される。噴射弁１０と半導体スイ
ッチ１１の接続点はダイオード１６を介してこの直列回
路の各素子の接続点と接続される。

噴射弁１０は図示されていないが内燃機関の吸気管に配
置され、一方ビエゾ振動子１５は良くしられているよう
に噴射弁の排出開口部に配置され、流出する燃料を細か
い霧状に噴霧させる。

第１図に図示した実施例の動作を第３図に図示した波形
を参照して説明する。

制御回路１３を作動させて（ｔｅｉｎ）電圧を印加する
と半導体スイッチ１１が閉じ、噴射弁１０に流れる電流
Ｉが上方の電流限界値まで増大する。この電流限界値に
達すると、時点ｔ１で半導体スイッチ１１が開放する。

噴射弁１０からダイオード１６を介してピエゾ振動子に
電流が流れることにより、ピエゾ振動子１５間の電圧Ｕ
ｃが急激に上昇する。噴射弁１０のエネルギが一部ピエ
ゾ振動子１５に供給され、発振が励起される。

これにより噴射弁】Ｏに流れる電流は減少する。

噴射弁はこの時点でまだ開放している。即ち上方の電流
限界値に達する前に既に開放されているか嚢らである。

時点ｔ２で電流Ｉは下方の電流限界値に減少する。この
下方の限界値は噴射弁がまだ閉じる状態ではないが遮断
操短時間後には遮断してしまうような状態となる値に選
ばれる。従って時点ｔ２においてこの下方の限界値に達
した場合半導体スイッチ１１は再び閉じ、電流Ｉが再び
上昇し始める。ダイオード１６は遮断されピエゾ振動子
１５の電圧Ｕｃは、誘導性素子１４を介して放電が行な
われるので急激に減少する。直流電源の電圧よりかなり
大きな電圧Ｕｃに達していた場合には損失が少ない場合
時点ｔ１とｔ２間でピエゾ振動子１５に供給された全エ
ネルギが再び誘導性素子１４を介して直流電源に戻され
る。電圧ＵｃがほぼＯの値に達すると、ダイオード１６
は再び導通するので、ピエゾ振動子１５の電圧のそれ以
上の減少は不可能になる。

半導体スイッチ１１が再び開放する時点ｔ３から始まる
第２の振動サイクルは第１のサイクルに対応する。ｔ　
ａｕｓの時点で半導体スイッチ１１は射弁１０から更に
エネルギが供給されるので電圧Ｕｃは更に急激に上昇す
る。電流が減少している間噴射弁１０の構造で決る所定
の時点で噴射弁１０が閉じ、電流がＯの値に達するとダ
イオード１６が遮断される。それにより電圧Ｕｃは急激
に減少しピエゾ振動子１５のエネルギを電源に戻す。ｔ
５の時点で直流電源の電圧より小さくなるの値となる。

というのは半導体スイッチ１１は一般的に負の電圧でも
導通するからである。

その後ピエゾ振動子１５に減衰振動が発生する。ｔ７の
時点で？！ｍｌが再び減少し、それにより電圧ＵｃとＵ
ｓは再び上昇する。電圧Ｕｓが直流電源の電圧Ｕよりも
大きくなると電流Ｉは再び減少する。上述した振動回路
において振動エネルギが交互に移しかえられることによ
り減衰する振動が起こり、最終的に電圧ＵｓとＵｃはＵ
の値になる。線形性に問題となる応答パルスがあった場
合でも休止時間の間に確実に減衰するのでこのような振
動は問題とならない。電圧Ｕｃは常に正であり、ピエゾ
振動子のピエゾセラミックは減極することはない。

他の実施例としてピエゾ振動子１５と誘導性素子１４を
入れ替えることができる。簡単な実施例では誘導性素子
１４を省略することができる。ピエゾ振動子１５を入れ
替える実施例では第３図で次のような変化が起こる。即
ち電圧Ｕｃは直流電源の電圧Ｕにより減算されるので、
電圧Ｕｃは交流電圧となり、ピエゾ素子を減極させてし
まう危険がある。しかしこれに対しては接続ケーブルの
導体と同じ数の導体上にパッシブな電子素子を配置する
こともできる。

更に両実施例において誘導性素子１４を磁気ひずみ振動
子として構威し超音波振動を発生させることもできる。

この場合ピエゾ振動子１５の代りに容量性素子ないしコ
ンデンサが用いられる。

スイッチング制御する間ピエゾ振動子１５に供給される
振動エネルギを高めるためには、半導体スイッチ１１が
閉じている間型圧ＵｃがＯの領域に保持されてしまうの
を防止しなければならない。例えば０に保持される領域
はｔ２．ｔ３間の領域等である。こ、れを防止するめに
はダイオード１６をこの領域で遮断しなければならない
。

これは例えば次のようにして行なうことができる。ダイ
オード１６の代り半導体スイッチ１１と逆に制御される
制御可能な半導体スイッチを用いることである。それに
より電圧Ｕｃは負の領域でも振動できるので、次の半周
′期の間に振幅が増大し、それにより振動エネルギを高
めることができる。これが第３図で点線で図示されてい
る。欠点としては更に半導体スイッチが必要になること
である。第２図で他の実施例として示した回路を用いる
と第２の半導体スイッチを設けることなく振動エネルギ
を高めることができる。

第２図に図示した第２の実施例は第１の実施例と同様に
構成されており同じ素子ないし回路には同じ番号が付さ
れており、その説明は省略する。

第１の実施例と異すビエゾ振動子１５はダイオード１６
のカソードと直流電源の正の極１２間に接続されている
。ピエゾ振動子１５と並列に誘導性素子１４とバイアス
回路１７の直列回路が設けられる。このバイアス回路は
ツェナーダイオード１８とコンデンサ１９から構成され
る。

この実施例の動作は基本的に第１の実施例と同様である
が、誘導性素子１４は電圧Ｕｖでバイアスされているの
で、ダイオード１６は半導体スイッチ１１と逆関係で遮
断され、例えばｔ２とｔ３あるいはｔ６とｔ７の領域で
遮断される。これによりダイオード１６の代りに他の半
導体スイッチを設けたのと同様な効果が得られる。電圧
Ｕｖは直流成分のＺダイオード１８における電圧降下に
より得られる。交流成分はコンデンサ１９により短絡さ
れる。これにより第３図で点線で図示したような特性が
得られる。噴射弁１０をスイッチング制御した状態で最
大の交流電圧振幅が得られるので、ピエゾ振動子１５を
高い振動エネルギで振動させることができる。

この装置の共振特性は優れているので、半導体スイッチ
１１の駆動を正帰還を介して共振回路に同期させること
が力きる。これが点線２０で図示されている。

この実施例においても磁気ひずみを用いて超音波振動を
発生させることができる。即ち誘導性素子１４を磁気ひ
ずみ振動子として構成し、ピエゾ振動子１５をコンデン
サとして構成する。又両種類の振動素子を用いることも
できる。

ピエゾ振動子１５の振動を噴射開始時に得るようにする
ために、噴射弁１０をオンさせる前に電流Ｉを所定の値
にすることもできる。この所定の電流は半導体スイッチ
１１をスイッチングすることによって得られる電流でほ
ぼ保持電流と同じ大きさのものにすることができる。と
いうのは噴射弁のヒステリシスは大きいからである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では噴射弁に燃料を噴霧す
る誘導性あるいは容量性の振動素子を設け、スイッチン
グ制御時それぞれ半導体スイッチが開放した場合電気エ
ネルギを誘導性の噴射弁から振動素子に供給し発振を励
起させるようにしているので、スイッチング制御される
出力段と誘導性あるいは容量性の振動子を組み合わせる
ことにより簡単な手段で噴射弁から噴出される燃料を噴
霧させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図
は、本発明の第２の実施例を示す回路図、第３図は、動
作を説明する信号波形図である。 ｉｏ・・・噴射弁 １１・・・半導体スイッチ １３・・・制御回路 １４・・・誘導性素子 １５・・・ピエゾ振動子 ◆Ｕ ＦＩＧ、　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体スイッチを制御することによりスイッチング
   制御される少なくとも一つの誘導性の噴射弁を備えた内
   燃機関の燃料噴射装置において、 噴射弁（１０）に燃料を噴霧する誘導性あるいは容量性
   の振動素子（１５）を設け、 スイッチング制御時それぞれ半導体スイッチ（１１）が
   開放した場合電気エネルギを誘導性の噴射弁から振動素
   子（１５）に供給し発振を励起させることを特徴とする
   内燃機関の燃料噴射装置。 ２）エネルギの供給を半導体素子（１６）を介して行な
   うことを特徴とする請求項第１項に記載の装置。 ３）前記半導体素子がダイオードとして構成されること
   を特徴とする請求項第２項に記載の装置。 ４）前記半導体素子が半導体スイッチ（１１）と逆に駆
   動される半導体素子として構成されることを特徴とする
   請求項第２項または第３項に記載の装置。 ５）前記半導体スイッチ（１１）とそれに直列に接続さ
   れた噴射弁（１０）が直流電源の両極間に接続され、前
   記半導体素子（１６）が半導体素子（１１）と噴射弁（
   １０）間で振動素子 （１５）に接続されることを特徴とする請求項第２項か
   ら第４項までのいずれか１項に記載の装置。 ６）ピエゾ振動子として構成された容量性の振動素子（
   １５）が半導体素子（１６）と直流電源の一方の極に接
   続されることを特徴とする請求項第５項に記載の装置。 ７）容量性の振動素子（１５）と誘導性素子（１４）を
   直列にして直流電源の両極間に接続することを特徴とす
   る請求項第６項に記載の装置。 ８）磁気ひずみ振動子として構成された誘導性の振動素
   子と容量性の素子を直列にして直流電源の両極間に接続
   することを特徴とする請求項第５項に記載の装置。 ９）ピエゾ振動子として構成された容量性の振動素子（
   １５）を半導体素子（１６）と噴射弁（１０）に接続さ
   れる直流電源の極と間に接続し、誘導性素子（１４）と
   直列に接続され誘導性素子にバイアス電圧を印加するバ
   イアス回路を振動素子（１５）に並列に接続することを
   特徴とする請求項第５項に記載の装置。 １０）磁気ひずみ振動子として構成された容量性の振動
   素子とこの磁気ひずみ振動子にバイアス電圧を印加させ
   るバイアス装置（１７）の直列回路が半導体素子（１６
   ）と噴射弁（１０）の接続された直流電源の極と間に接
   続され、この直列回路と並列に容量性素子が接続される
   ことを特徴とする請求項第５項に記載の装置。 １１）バイアス回路（１７）がツェナーダイオード（１
   ８）とコンデンサ（１９）の並列回路として構成される
   ことを特徴とする請求項第９項または第１０項に記載の
   装置。 １２）バイアス回路（１７）が抵抗とコンデンサの並列
   回路として構成されることを特徴とする請求項第９項ま
   たは第１０項に記載の装置。 １３）半導体スイッチ（１１）が振動素子 （１５）から正帰還されることを特徴とする請求項第９
   項から第１２項までのいずれか１項に記載の装置。 １４）噴射開始前にほぼ保持電流に等しいかそれより小
   さい電流を誘導性の噴射弁に供給することを特徴とする
   請求項第１項から第１３項までのいずれか１項に記載の
   装置。